層序地層學(xué)在應(yīng)用中的兩點誤區(qū)

李景哲，張金亮，李存磊，張嘉彧

(1.北京師范大學(xué)，北京 100875;2.中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

層序地層作為一個地學(xué)概念最早是由Sloss在20世紀(jì)40年代提出來的。20世紀(jì)70年代后期，以威爾(Vail)為代表的?？松究茖W(xué)家以地震資料為主，提出了層序地層學(xué)(sequence stratigraphy)，標(biāo)志著一門新興學(xué)科的誕生。之后，Vail、Van Wagoner、Mithum、Sangree、Posamentier等先后發(fā)展和完善了早期理論，成為了經(jīng)典沉積層序地層理論體系的代表。此外，Galloway和Cross也分別從不同的角度提出了各自的理論，成為經(jīng)典理論之外的有影響力的流派[1－3]。

層序地層學(xué)是沉積地質(zhì)領(lǐng)域最近的一次偉大革新，其易操作性與高預(yù)測性使其成為石油工業(yè)和盆地分析領(lǐng)域有力的分析與對比工具[4]。然而，對于一些基本問題，如基準(zhǔn)面升降與水體深度的關(guān)系、水進(jìn)水退與水體深度的關(guān)系等，都存在一定的誤區(qū)。這些問題得不到解決便會阻礙該理論的進(jìn)步和創(chuàng)新，進(jìn)而阻礙該理論對生產(chǎn)與實踐的指導(dǎo)。

1 誤區(qū)一——不恰當(dāng)?shù)乩斫饣鶞?zhǔn)面升降與水體深度變化的關(guān)系

基準(zhǔn)面(指沉積基準(zhǔn)面，下同)的概念最早由Twenhofel提出，之后 Sloss、Schumm、Cross以及 Catuneanu 都完善過基準(zhǔn)面的定義[1，5－8]?？傮w上來說，基準(zhǔn)面應(yīng)該為沉積作用與剝蝕作用的平衡界面，其受構(gòu)造運動和全球海平面變化的控制，同時也會受能量因素(風(fēng)、波浪與水流等)的影響。在向海(湖)一側(cè)，基準(zhǔn)面大致就是海(湖)平面的位置，在向陸一側(cè)，基準(zhǔn)面大約是一個由陸向水體一側(cè)傾斜的曲面，也稱為河流平衡剖面(圖1)。

圖1 基準(zhǔn)面與海(湖)平面的關(guān)系

由上述定義可知，基準(zhǔn)面在向海 (湖)一側(cè)大體相當(dāng)于水面所在的位置 (不考慮能量因素)。由于二者密切的關(guān)系，很多人想當(dāng)然地認(rèn)為基準(zhǔn)面上升水體一定變深;反之則一定變淺。事實上，這是一種錯誤的認(rèn)識，基準(zhǔn)面下降，水體一定變淺，而基準(zhǔn)面上升水體不一定變深。因為決定水體深度的因素，除基準(zhǔn)面之外，還有沉積物供給的作用?；鶞?zhǔn)面上升時期，沉積物開始積累，沉積作用發(fā)生。但若基準(zhǔn)面上升時，沉積物供給的速率超過基準(zhǔn)面上升的速率，水體的深度反而是下降的。

以M斷陷s2地層為例，該段地層以扇三角洲、近岸水下扇與湖相的泥巖沉積為主[9－10]?；鶞?zhǔn)面下降會伴隨陸上剝蝕的發(fā)生(如下切谷等)[1]。

圖2 M斷陷s2泥巖色值平面圖

通過錄井、測井以及地震資料的揭示，該段地層為1套連續(xù)沉積的地層，無剝蝕或者不整合。這就意味著s2沉積時期，湖盆的基準(zhǔn)面是持續(xù)上升的，未曾出現(xiàn)過下降過程。這與斷陷S組時期的大地構(gòu)造背景相吻合[11]。然而，這并不意味著該地區(qū)s2時期水體是整體加深的。通過泥巖色值分析，該斷陷在s2段沉積時期近岸線水體整體上是變淺的(圖2)。油藏地區(qū)(斷陷中部)的沉積相演變也說明了該現(xiàn)象(圖3)。

由此可知，基準(zhǔn)面上升時，水體不一定加深。水體是否加深，基準(zhǔn)面上升是決定的因素，但還要考慮沉積物供給的影響。當(dāng)沉積物供給速率小于基準(zhǔn)面上升的速率時水體變深;當(dāng)沉積物供給速率大于基準(zhǔn)面上升的速率時，水體反而變淺。

2 誤區(qū)二——不恰當(dāng)?shù)胤治鏊w深度變化來推斷水進(jìn)水退

水進(jìn)指的是水域不斷擴大，地層退積，海(湖)岸線向陸地一側(cè)延伸的現(xiàn)象。水退則指水域不斷縮小，地層進(jìn)積，海(湖)岸線向海洋(湖心)一側(cè)退縮[12－13]。很多人認(rèn)為通過分析古水深的變化便可推斷水進(jìn)與水退的過程，古水深變深就是水進(jìn)過程;反之則是水退過程。這種認(rèn)識是不確切的。

圖3 M斷陷油藏地區(qū)沉積相平面圖

對于海洋沉積體系，水進(jìn)過程稱作海侵。假設(shè)沉積物供給穩(wěn)定，海侵發(fā)生的原因可能是全球海平面快速上升、快速構(gòu)造沉陷或者二者的合力。對于全球海平面上升造成的海侵，岸線向陸地遷移，水體有較統(tǒng)一的變化趨勢。而對于區(qū)域或局部構(gòu)造沉陷造成的海侵，在近岸線區(qū)域水體有變深的趨勢，而該趨勢卻隨著遠(yuǎn)離陸地一側(cè)的距離的增加而不斷減弱，直至消失，即絕對海平面不變，只是構(gòu)造運動影響造成海侵，那么對于基底沉陷程度不同的部位，其水深變化會有不同。強制海退(全球海平面下降或局部構(gòu)造隆升引起的基準(zhǔn)面下降情況下的水退)的情況可與海侵類比，一般為水深整體變淺。對于正常海退(沉積物供給速率超過了海平面上升或者基底沉降速率)的情況，特別是海平面緩慢升高而沉積物快速供給時，近岸線水體變淺，遠(yuǎn)離岸線的位置由于沉積物饑餓供應(yīng)，水體反而可能加深，使同一等時單元內(nèi)，由岸線向海洋一側(cè)，水體的深度由變淺到不變，再到變深。

對于陸相湖盆而言，由于其一般不會與海連通，全球海平面的升降一般也不會影響其水進(jìn)或水退。因此，決定水進(jìn)或者水退的只有構(gòu)造升降以及沉積物供給。對于一般的敞流湖盆(與外界相連，絕對湖平面不變)，可以類比海洋沉積體系，這里筆者不再贅述。對于閉流湖盆，情況相對復(fù)雜，特別是斷陷湖盆，水體變深或變淺還與盆地的形狀以及沉降機理有關(guān)系(圖 4)[14－15]。

圖4 斷陷湖盆構(gòu)造沉降與沉積物供給對斷陷湖盆水深的影響

為了增強數(shù)據(jù)的可靠性并提高可操作性，選取了M斷陷的一部分——具有密集井網(wǎng)和豐富井資料的Y45區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步研究。通過上述沉積相的展布分析可知，s2段沉積時期湖盆是1個向上縮小的水退過程，水深整體上變淺。通過對107口井(絕大部分為生產(chǎn)井)的錄井資料進(jìn)行了研究，對泥巖顏色的變化進(jìn)行了統(tǒng)計，其中變淺井?dāng)?shù)77口、變深井?dāng)?shù)19口、不變11口。圖5為統(tǒng)計的平面圖。從圖5中可以看出，泥巖色值的變化趨勢呈現(xiàn)環(huán)帶狀，邊部顏色主要變淺，而中心顏色以變深為主。反映出該地區(qū)為敞流盆地，在水退時期水深變化的分異特征，這與該地區(qū)s2段沉積時期的構(gòu)造背景也是吻合的[11]。

圖5 M斷陷Y45地區(qū)s2段泥巖顏色變化分布

綜上所述，通過海洋測量學(xué)、地球化學(xué)以及古生物等資料分析出的古水深變化趨勢，并不能直接反映水進(jìn)或水退。水進(jìn)時水體深度也可能不變，水退時水體深度甚至可能加深。水進(jìn)水退最可靠也最直接的證據(jù)是地層的疊加樣式而不是水體深度的變化。因此，水深變化不能作為水進(jìn)水退的直接證據(jù)，而地層疊加樣式才是最可靠的證據(jù)[1]。

3 結(jié)論

(1)基準(zhǔn)面的升降與水深沒有完全一致的變化關(guān)系，只有基準(zhǔn)面快速上升的時候(大于沉積物供給的速率)，近岸水深才會變大;基準(zhǔn)面緩慢上升或者下降時，近岸水深會變淺。

(2)水深變化不是判斷水進(jìn)水退的充分條件，水進(jìn)時水體深度不一定都增大，水退時水體深度也不一定都減小。

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